KR960003534Y1 - 전열기기의 온도 조절장치 - Google Patents

전열기기의 온도 조절장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

전열기기의 온도 조절장치
제1도는 본 고안의 온도 조절장치를 보인 회로도.
제2도는 본 고안의 온도 조절장치에 사용되는 발열선을 보인 사시도.
제3(a) ~ (h)도는 제1도의 각부의 동작 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 발열선 3 : 온도검출부
4 : 기준전압부 5 : 급속가열 판별부
6 : 설정온도 판별부 7 : 제로 펄스신호 발생부
8 : 구동 제어부 9 : 안전회로부
V1: 급속가열용 기준전압 V2: 온도조절용 기준전압
SCR : 다이리스터 AC : 교류전원
본 고안은 전기장판, 전기방석 및 전기요 등과 같이 발열선을 사용하는 전열기기에서 발열선에 인가되는 교류전원을 제어하여 기기의 온도를 설정온도로 유지시키는 전열기기의 온도 조절장치에 관한 것이다.
종래의 전열기기에 사용되는 온도 조절장치는 주로 위상 제어방식으로 발열선에 인가되는 교류전원을 제어하게 기기의 온도를 조절하는 것으로 많은 EMI(Electro Magnetic Interference) 잡음이 발생하고, 전원을 온하여 발열선을 발열시키는 초기시간에 관계없이 설정된 온도에 따라 교류전원을 위상제어하여 인가하므로 기기의 온도를 설정된 온도로 상승시키는 데까지 많은 시간이 소요되었으며, 또한 발열선이 과열될 경우에 나일론 서미스터가 융해되면서 감지선과 단락되어 온도퓨즈를 단선시키므로 고장의 발생시 기기본체와 온도조절기를 모두 수리해야 되는 등의 여러가지 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 제로전압 방식을 이용하여 EMI 잡음의 발생을 줄이고, 전원을 온하는 초기시간에 발열선으로 많은 전력을 공급하여 급속가열로 기기의 온도가 빠른 속도로 설정온도에 도달하기 함은 물론 기기의 온도가 설정온도로 가열될 경우에는 설정온도에 따른 전력이 공급되도록 하여 전력소모를 줄이며, 발열선의 과열시 발열선으로 공급되는 전원을 차단하여 기기본체만 수리하고, 온도조절기는 재사용할 수 있도록 하는 전열기기의 온도 조절장치를 제공하는 데 그 목적이 있는 것으로 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 고안의 온도 조절장치를 보인 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 교류전원(AC)을 정류하고 정전압으로 변환하여 동작전원으로 공급하는 저항(R1), 콘덴서(C1,C2), 다이오드(D1) 및 정전압 다이오드(ZD)로 된 전원부(1)와, 발열선(2)의 발열온도를 검출하는 다이오드(D2), 저항(R2,R3), 발광 다이오드(LED) 및 콘덴서, (C3)로 된 온도 검출부(3)와, 상기 전원부(1)의 출력전원을 분할하여 급속가열용 기준전압(V1) 및 온도조절용 기준 전압(V2)을 출력하는 저항(R4~R6) 및 온도조절용 가변저항(VR)으로 된 기준전압부(4)와, 상기 기준전압부(4)가 출력하는 급속가열용 기준전압(V1) 및 상기 온도 검출부(3)의 출력신호 레벨을 비교하여 발열선(2)의 급속발열을 판단하는 저항(R7) 및 비교기(COMP1)로 된 급속가열 판별부(5)와, 상기 기준전압부(4)가 출력하는 온도조절용 기준전압(V2) 및 상기 온도 검출부(3)의 출력신호 레벨을 비교하여 기기의 온도가 설정온도 이하인지를 판단하는 저항(R8~R10), 콘덴서(C4) 및 비교기(COMP2)로 된 설정온도 판별부(6)와, 상기 설정온도 판별부(6)가 설정온도 이하를 판별할 경우에 교류전원(AC)의 위상에 따라 제로 펄스신호를 발생하는 저항(R11,R12) 및 낸드게이트(ND1)로 된 제로 펄스신호, 발생부(7)와, 상기 급속가열 판별부(5)가 급속 가열을 판별할 경우에 상기 제로 펄스신호, 발생부(7)의 출력신호를 그대로 출력하고 급속가열을 판별하지 않을 경우에 제로 펄스신호 발생부(7)의 출력신호를 분주하여 출력하는 플립플롭 (FF), 낸드게이트(ND2), 콘덴서(C5) 및 저항(R13)로 된 구동제어부(8)와, 상기 구동제어부(8)의 출력 신호에 따라 도통상태로 되면서 발열선(2)에 교류전원(AC)을 인가하는 다이리스터(SCR)와, 상기 발열선(2)이 과열될 경우에 과전류가 흘러 온도퓨즈(TFU)가 단선되게 하는 저항(R14) 및 다이오드(D3)로 된 안전회로부(9)로 구성하였다.
그리고 제2도는 본 고안의 온도 조절장치에 사용되는 발열선(2)을 보인 사시도로서 이에 도시된 바와 같이, 열선(2A)의 표면에 온도의 상승에 따라 저항값이 낮아지는 나일론 서미스터(2B) 및 감지선(2C)을 순차적으로 설치하고, 감지선(2C)의 표면을 절연체(2D)로 피복하였다.
도면의 설명중 미설명 부호 FU는 퓨즈이며, SW는 전원스위치며, NE는 전원 스위치(SW)가 온될 경우에 점등되어 동작상태임을 표시하는 네온등이다.
이와 같이 구성된 본 고안의 온도 조절장치는 교류전원(AC)이 인가된 상태에서 전원 스위치(SW)을 온하여 접속시키면, 교류전원(AC)이 온도퓨즈(TFU) 및 전원 스위치(SW)를 통하고, 전원부(1)의 돌입전류 방지용 저항(R1) 및 콘덴서(C1)를 통한 후 정전압 다이오드(ZD)에 의해 마이너스 전원이 제거됨과 아울러 플러스 전원의 상한레벨이 제한되며, 상한 레벨이 제한된 플러스 전원은 다이오드(D1)를 통해 정류되고, 콘덴서(C2)에 의해 평활되어 직류전원을 동작전원으로 출력하게 된다.
이와 같이 전원부(1)가 출력하는 동작전원을 기준전압부(4)의 저항(R4~R6) 및 가변저항(VR)이 분할하여 급속가열용 기준전압(V1) 및 온도조절용 기준전압(V2)을 출력하는 것으로 급속가열용 기준전압(V1)이 온도조절용 기준전압(V2)보다 높게 출력되고, 온도조절용 가변저항(VR)을 가변시킴에 따라 급속가열용 기준전압(V1) 및 온도조절용 기준전압(V2)의 레벨이 조절되며, 출력되는 기준전압(V1)(V2)은 급속가열 판별부(5) 및 설정온도 판별부(6)의 비교기(COMP1)(COMP2)의 반전 입력단자(-)에 각기 인가된다.
이와 같은 상태에서 온도 검출부(3)는 기기의 온도에 따른 레벨의 온도검출전압을 출력한다. 즉, 온도퓨즈(TFU) 및 전원 스위치(SW)를 통해 발열선(2)의 열선(2A)에 인가되는 교류전원(AC)이 기기의 온도에 따라 나일론 서미스터(2B)를 통해 감지선(2C)에 인가되고, 감지선(2C)에 인가된 교류전원(AC)에서 플러스전원은 온도 검출부(3)의 다이오드(D2)에 의해 제거되고, 마이너스 전원만 다이오드(D2)를 통과하여 저항(R2,R3)에 의해 분할되고, 콘덴서(C3)에서 평활되어 급속가열 판별부(5) 및 발열온도 판별부(6)의 비교기(COMP1)(COMP2)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 것으로 기기의 온도가 낮을 경우에는 나일론 서미스터(2B)의 저항값이 높아 온도 검출부(3)가 출력하는 온도 검출전압이 높게 되고, 온도가 높을 경우에는 나일론 서미스터(2B)의 저항값이 낮아 온도 검출전압이 낮게 된다.
여기서, 전원 스위치(SW)를 온하여 접속시킨 초기에는 기기의 온도가 낮아 온도 검출부(3)의 온도검출전압이 기준전압(V1)(V2)보다 높게 되도록 저항(R2,R3)의 값을 설정하면, 비교기(COMP1)가 고전위을 출력하여 제로 펄스신호 출력부(7)의 낸드게이트(ND1)의 일측 입력단자에 인가되고, 또한 비교기(COMP2)가 고전위를 출력하여 구동제어부(8)의 플립플롭 (FF)의 리세트단자(RE)에 인가되므로 플립플롭 (FF)이 리세트되어 그의 출력단자(Q)로 계속 저전위를 출력 및 낸드게이트(ND2)의 일측 입력단자에 인가된다.
이와 같은 상태에서 전원부(1)가 출력하는 동작전압과 온도퓨즈(TFU) 및 전원 스위치(SW)를 통해 제3도의 (a)에 도시된 바와 같이 입력되는 교류전원(AC)이 저항(R11)(R12)을 각기 통해 혼합되어 낸드게이트(ND1)의 타측 입력단자에는, 제3도의 (b)에 도시된 바와 같이 교류전원(AC)의 플러스 전원중에서 전원부(1)가 출력하는 동작전압 이상의 레벨은 제거되어 인가된다.
이때, 낸드게이트(ND1)는 소자의 특성상 인가되는 전원전압 레벨의 약 1/3이상이 입력단자에 인가될 경우에 동작하고, 그의 일측 입력단자에는 상기한 바와 같이 고전위가 인가되어 있으므로 낸드게이트(ND1)는 제3도의 (c)에 도시된 바와 같이 교류전원(AC)의 위상에 따른 제로 펄스신호를 출력하여 구동제어부(8)의 낸드게이트(ND2)의 타측 입력단자에 인가됨과 아울러 플립플롭 (FF)의 클럭단자(CK)에 클럭신호로 인가되다.
그리고 상기한 바와 같이 플립플롭 (FF)은 리세트되어 그의 출력단자(Q)로 계속 저전위를 출력 및 낸드게이트(ND2)의 일측 입력단자에 인가되므로 낸드게이트(ND2)는 제3도의 (d)에 도시된 바와 같이 낸드게이트(ND1)의 출력신호를 반전 출력하게 되고, 낸드게이트(ND2)의 출력신호는 콘덴서(C5) 및 저항(R13)을 통해 다이리스터(SCR)의 게이트에 인가된다.
따라서, 다이리스터(SCR)는 트리거되어 도통상태로 되고, 제3도의 (e)에 도시된 바와 같이 교류전원(AC)의 플러스 전원이 온도퓨즈(TFU), 전원 스위치(SW), 발열선(2)의 열선(2A), 다이리스터(SCR) 및 퓨즈(FU)를 순차적으로 통해 흐르게 되어 열선(2A)이 높은 온도로 발열 및 기기를 급속가열하게 된다.
이와 같은 상태에서 기기의 온도가 상승함에 따라 발열선(2)의 나일론 서미스터(2B)의 저항값이 점차 감소하면서 온도 검출부(3)가 출력하는 온도 검출전압이 감소하게 되는데, 이때 온도 검출전압이 급속가열용 기준전압(V1)보다 낮아지게 되면, 급속가열 판별부(5)의 비교기(COMP1)가 저전위를 출력하여 플립플롭 (FF)의 리세트단자(RE)에 인가되므로 플립플롭 (FF)의 리세트상태가 해제되어 정상동작하게 되고, 이로 인하여 플립플롭 (FF)은 낸드게이트(ND1)의 출력신호를 제3도의 (f)에 도시된 바와 같이 1/2분주 및 출력단자(Q)로 출력하여 낸드게이트(ND2)의 타측 입력단자에 인가된다.
그러면 낸드게이트(ND2)는 플립플롭 (FF) 및 낸드게이트(ND1)의 출력신호를 반전 논리곱하여 제3도의 (g)에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력하고, 출력한 펄스신호는 콘덴서(C5) 및 저항(R13)을 통해 다이리스터(SCR)의 게이트를 트리거 신호로 인가된다.
따라서 다이리스터(SCR)는 도통상태로 되고, 이로 인하여 제3도의 (h)에 도시된 바와 같이 교류전원(AC)의 플러스 전원이 2주기마다 1번씩 온도퓨즈(TFU), 전원 스위치(SW), 발열선(2)의 열선(2A), 다이리스터(SCR) 및 퓨즈(FU)를 순차적으로 통해 흐르게 되어 열선(2A)이 낮은 온도로 발열 및 기기를 가열하게 된다.
이와 같은 상태에서 기기의 온도가 계속 상승하여 온도 검출전압이 급속가열용 기준전압(V2)보다 낮아지게 되면, 발열온도 판별부(6)의 비교기(COMP2)가 저전위를 출력하여 낸드게이트(ND1)의 일측 입력단자에 인가되므로 낸드게이트(ND1)는 그의 타측 입력단자에 인가되는 신호의 전위에 관계없이 계속 고전위를 출력하게 된다.
그러면 플립플롭 (FF)은 분주동작이 정지되어 출력단자(Q)로 현재의 출력신호를 계속 출력하고, 이로 인하여 낸드게이트(ND2)는 플립플롭 (FF) 및 낸드게이트(ND1)의 출력신호에 따라 현재의 출력신호 상태를 계속 유지하여 다이리스터(SCR)의 게이트에 트리거 신호가 인가되지 않게 되므로 다이리스터(SCR)은 계속 차단상태를 유지하여 발열선(2)은 발열되지 않게 된다.
이와 같은 상태에서 기기의 온도가 하강하여 온도 검출부(3)의 온도 검출전압이 급속가열용 기준전압(V2)보다 높아기제 되면, 발열온도 판별부(6)의 비교기(COMP2)가 고전위를 출력하여 낸드게이트(ND1)의 일측 입력단자에 인가되므로 낸드게이트(ND1)는 다시 제3도의 (c)에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이 플립플롭 (FF)은 낸드게이트(ND1)의 출력신호를 1/2 분주하여 출력하고, 낸드게이트(ND2)는 플립플롭 (FF) 및 낸드게이트(ND1)의 출력신호에 따라 제3도의 (g)에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력하여 다이리스터(SCR)가 도통상태로 되고, 열선(2A)이 낮은 온도로 발열 및 기기를 가열하게 되며, 이와 같은 상태에서 기기의 온도가 다시 상승하여 온도 검출전압이 급속가열용 기준전압(V2)보다 낮아지게 되면, 다이리스터(SCR)가 차단상태로 되어 발열선(2)이 발열되지 않게 되는 것을 반복하면서 기기의 온도를 설정온도로 유지시키게 된다.
여기서 온도 검출부(3)의 온도 검출전압이 온도 조절용 기준전압(V1)(V2)보다 높고 낮음에 따라 비교기(COMP2)가 고전위 및 저전위를 출력하여 다이리스터(SCR)가 빈번하게 도통 및 차단상태로 되므로 발열선(2)의 열선(2A)에 교류전원(AC)이 인가 및 차단되는 것이 빈번하게 반복된다.
그러므로 본 고안에서는 발열온도 판별부(6)의 비교기(COMP2)의 출력신호가 콘덴서(C4) 및 저항(R10)을 통해 그의 비반전 입력단자(+)로 궤환되게 하여 열선(2A)에 교류전원(AC)이 빈번하게 인가 및 차단되는 것을 방지한다.
한편, 기기에 이상이 발생하여 기기의 온도가 매우 높게 되면, 나일론 서미스터(2B)의 저항값이 매우 낮아져 열선(2A)과 감지선(2C)이 거의 단락상태로 되어 감지선(2C)이 단선되나, 본 고안에서는 감지선(2C)의 양단자를 상호간에 연결하여 사용하므로 감지선(2C)이 단선되어도 기기의 동작에는 아무런 영향도 주지 않고, 정상으로 동작하게 되며, 이때 발광 다이오드(LED)가 점등되어 온도조절에 이상이 있음을 표시하게 된다.
그리고 다이리스터(SCR)가 이상동작을 하여 계속 도통상태로 되면, 교류전원(AC)이 안전회로부(9)의 저항(R14) 및 다이오드(D3)를 통하고, 발열선(2)의 감지선(2C), 나일론 서미스터(2B) 및 열선(2A)을 통해 다이리스터(SCR)로 전류가 흐르게 되므로 저항(R14)이 발열되고, 이로 인하여 온도퓨즈(TFU)가 단선되어 교류전원(AC)을 차단시키게 된다.
또한, 다이리스터(SCR)가 단락될 경우에는 교류전원(AC)이 다이리스터(SCR) 및 다이오드(D4)를 통해 과전류가 흐르게 되므로 퓨즈(FU)가 단선되어 교류전원(AC)을 차단시키게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 교류전원의 제로펄스를 검출하여 기기의 온도를 조절하므로 EMI잡음이 거의 발생하지 않고, 전원을 온하여 발열선을 발열시키는 초기시간에는 많은 전력을 공급하여 기기의 온도를 설정된 온도로 상승시키는 데까지 소요되는 시간이 단축되며, 또한 발열선의 과열로 나일론 서미스터가 융해되면서 감지선과 단락되어도 기기본체만을 수리하고, 온도조절기는 재사용할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 발열선(2)의 발열온도를 검출하는 온도 검출부(3)와, 급속가열용 기준전압(V1) 및 온도조절용 기준전압(V2)을 출력하는 기준전압부(4)와, 상기 기준전압부(4)가 출력하는 급속발열용 기준전압(V1) 및 상기 온도 검출부(3)의 출력신호 레벨을 비교하여 발열선(2)의 급속발열을 판단하는 급속발열 판별부(5)와, 상기 기준전압부(4)가 출력하는 온도조절용 기준전압(V2) 및 상기 온도 검출부(3)의 출력신호레벨을 비교하여 기기의 온도가 설정온도 이하인지를 판단하는 설정온도 판별부(6)와, 상기 설정온도 판별부(6)가 설정온도 이하를 판별한 경우에 교류전원(AC)의 위상에 따라 제로 펄스신호를 발생하는 제로 펄스신호 발생부(7)와, 상기 급속발열 판별부(5)가 급속발열을 판별할 경우에 상기 제로 펄스신호 발생부(7)의 출력신호를 그대로 출력하고 급속발열을 판별하지 않을 경우에 제로 펄스신호 발생부(7)의 출력신호를 분주하여 출력하는 구동제어부(8)와, 상기 구동 제어부(8)의 출력신호에 따라 도통상태로 되면서 발열선(2)에 교류전원(AC)을 인가하는 다이리스터(SCR)와, 상기 발열선(2)이 과열될 경우에 과전류가 흘러 온도퓨즈(TFU)가 단선되게 하는 안전회로부(9)로 구성함을 특징으로 하는 온도 조절장치.
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